Воздух, а точнее находящийся в нем молекулярный кислород, является необходимым условием жизни человека и аэробных организмов. Вместе с вдыхаемым воздухом в организм попадают и примеси, содержащиеся в воздухе. В нашей стране в воздух ежегодно выбрасывается около 107 млн. тонн различных химических соединений, что создает угрозу здоровью людей, бесполезное расходование природных ресурсов. Установлено, что в больших промышленных городах до 15% от общего количества смертей вызвано наличием в воздухе загрязнений. Все это делает проблему охраны атмосферы очень важной и актуальной.
Так как основным загрязнителем воздуха является промышленный выброс, который может быть как организованным, так и неорганизованным, и только на промышленный выброс человек может оказывать влияние, основными направлениями природоохранных мероприятий являются: 1) тщательная очистка отходящих газов на действующих предприятиях и 2) создание таких предприятий, на которых выбросы газов в атмосферу отсутствуют.
Краткая характеристика некоторых методов газоочистки
Очистка газа — это отделение от газа загрязняющего вещества, или его обезвреживание.
Выбор метода очистки зависит от природы загрязняющего вещества, экономической целесообразности, требований к степени очистки и других параметров.
Широко применяются механические и физико-химические группы методов газоочистки.
Механические методы газоочистки осуществляются в циклонах, фильтрах, электрофильтрах, абсорберах и состоят в удалении примесей за счет механических сил, вызывающих расслоение системы газ — твердое вещество и газ — жидкость и конденсацию твердых или жидких веществ. Происходит удаление твердых и туманнообразных жидких веществ. В циклонах удаление примесей основано на действии центробежной силы, в фильтрах разного типа (волокнистых, тканевых и зернистых) — на неспособности загрязняющих веществ проходить через поры, а в абсорберах (капельных, пленочных и барботажных) — на поглощении твердых и жидких загрязняющих веществ из объема очищаемого газа (абсорбции), протекающей механически. При механической очистке удалить газообразные загрязнители нельзя, поэтому необходимы физико-химические методы.
При физико-химических способах очистки используют абсорбцию (поглощение газов или паров всем объемом жидкости), адсорбцию (поглощение газообразных или растворенных веществ на поверхности твердых или жидких веществ), термическое или термокаталитическое разрушение загрязнителей-газов. Так удаляются оксиды серы, азота углерода, сероводород, органические вещества, соединения фтора и, хлора. Важное место в физико-химической очистке имеют хемосорбционные методы, которые широко применяются. Примером таких методов является удаление сернистого газа с использованием различных хемосорбентов. Ниже приведены суммарные уравнения некоторых процессов:
2Са(ОН)2 +2SO2 + O2 + 2Н2O = 2СаSO4 * 2Н2O
O2 + 2СаСO3 + 2SO2 + 4Н2O = 2СO2- + 2СаSO4 * 2Н2O
Получившийся двуводный сульфат кальция можно утилизировать в качестве сырья для получения различных гипсовых вяжущих (гипса, экстрикс-гипса, ангидрита).
Широкое применение находят методы адсорбции, где в качестве адсорбентов (веществ-поглотителей) применяют активированный уголь, силикагель и другие вещества.
Большое место принадлежит методам каталитического окисления оксидов, что особенно важно для удаления оксидов азота. В качестве катализаторов используют платиновые металлы (например палладий), которые наносят на носитель, изготовленный из огнеупорных материалов; для процессов восстановления применяют водород, метан и некоторые другие восстановители. Примеры схем процессов:
2NО + 2Н2 = N2 + 2Н2O
2NO2 + 4Н2 = 4Н2O + N2
Важно помнить, что очистка газов от загрязнителей является обязательной составной частью технологического процесса, а не его дополнением.
Создание замкнутых газооборотов
Методы очистки газов не всегда позволяют снизить уровень загрязнений до величин, меньших ПДК, поэтому актуальной является задача создания замкнутых газооборотных циклов, которые препятствуют попаданию технологических газов в атмосферу Земли, при этом необходимость очистки и утилизации загрязненных газов остается. Отходящие газы сначала подвергаются очистке, а затем возвращаются в производственный цикл.
Создание газооборотных циклов представляет собой сложную проблему из-за технологических, технических, экономических и психологических затруднений. Так, воздух не считается дефицитным сырьем, да его зачастую и не считают сырьем, поэтому и не видят необходимости экономного использования и охраны.
Газы труднее локализуются (чем жидкости и твердые тела), они легче теряются в процессе производства. Применение систем высокого давления приводит к попаданию технологических газов в атмосферу, а использование технологий, при которых системы работают при пониженных давлениях, позволяет атмосферному газу проникать в технологическую систему, что создает дополнительные трудности в применении замкнутых газооборотных циклов.
На современном этапе развития промышленности воздухо- и газооборотные циклы имеют относительно небольшое применение. Так, их успешно применяют при обогащении асбеста в горно-обогатительных комбинатах, в цехах по производству фосфорных удобрений и в ряде других производств. Очевидно, что система замкнутых газооборотов будет находить все большее применение в технологиях будущего, так как загрязнение воздуха промышленными предприятиями в настоящее время достигает катастрофических размеров.
В решении проблем охраны атмосферы большую роль играют и те общие составляющие природоохранной политики, которые были рассмотрены выше (экологическое образование и воспитание населения, в том числе и руководителей предприятий, различные природоохранные акции разных уровней и т. д.).